Повреждение водородом — это общее название, данное большому числу процессов деградации металлов из-за взаимодействия с атомами водорода . Обратите внимание, что молекулярный газообразный водород не оказывает такого же эффекта, как атомы или ионы, высвобождаемые в твердый раствор в металле.
Углеродистая сталь, подвергающаяся воздействию водорода при высоких температурах, подвергается высокотемпературной водородной атаке , которая приводит к внутреннему обезуглероживанию и ослаблению. [1] [2]
Атомарный водород, диффундирующий через металлы, может собираться во внутренних дефектах, таких как включения и расслоения, и образовывать молекулярный водород. Высокое давление может создаваться в таких местах из-за постоянного поглощения водорода, что приводит к образованию пузырей, росту и в конечном итоге разрыву пузыря. Такое вызванное водородом растрескивание пузырей наблюдалось в сталях, алюминиевых сплавах, титановых сплавах и ядерных конструкционных материалах. Металлы с низкой растворимостью водорода (например, вольфрам) более подвержены образованию пузырей. [3] В то время как в металлах с высокой растворимостью водорода, таких как ванадий, водород предпочитает вызывать образование стабильных металлогидридов вместо пузырьков или пузырей.
Трещины от хлопьев и осколки — это внутренние трещины, которые можно увидеть в крупных поковках. Водород, попавший во время плавки и литья, сегрегирует во внутренних пустотах и разрывах и вызывает эти дефекты во время ковки. Рыбий глаз — это яркие пятна, названные так из-за их внешнего вида на поверхностях изломов, как правило, сварных соединений. Водород проникает в металл во время сварки плавлением и вызывает этот дефект во время последующего напряжения. Стальные сосуды для хранения, подвергающиеся воздействию чрезвычайно высокого давления водорода, образуют небольшие трещины или микроотверстия, через которые может вытекать жидкость.
Водород снижает пластичность при растяжении во многих материалах. В пластичных материалах, таких как аустенитные нержавеющие стали и алюминиевые сплавы, может не наблюдаться заметного охрупчивания, но может наблюдаться значительное снижение пластичности при растяжении (% удлинения или % уменьшения площади) в испытаниях на растяжение.
Лучший метод контроля водородного повреждения — это контроль контакта между металлом и водородом. Можно предпринять множество шагов для уменьшения попадания водорода в металлы во время критических операций, таких как плавка, литье, обработка (прокатка, ковка и т. д.), сварка и подготовка поверхности, например, химическая очистка, гальванопокрытие и коррозия в течение срока службы. Контроль окружающей среды и металлургический контроль материала для снижения его восприимчивости к водороду — два основных подхода к снижению водородного повреждения.
Существуют различные методы адекватного определения и мониторинга водородного повреждения, включая метод затухания ультразвукового эха , амплитудное обратное рассеяние , отношение скоростей, ползущие волны /измерение времени пролета, скорость сдвиговой волны в режиме питч-кэтч, усовершенствованные методы ультразвукового обратного рассеяния (AUBT), дифракция времени пролета (TOFD) , картирование толщины и металлография на месте – реплики. [4] Для водородного повреждения метод обратного рассеяния используется для обнаружения пораженных участков в материале. Для перекрестной проверки и подтверждения результатов измерения обратного рассеяния используется метод измерения отношения скоростей. Для обнаружения микро- и макротрещин дифракция времени пролета является подходящим методом.